Файл: Нечаев П.А. Электронавигационные приборы учебник.pdf

Благодаря высокой чувствительности следящей системы (которая характеризуется тем минимальным углом рассогласования, при до­ стижении которого начинает отработку следящий двигатель) угол

на ничтожно малую величину.

Таким образом, при воздействии внешних возмущений следящий элемент практически остается неподвижным относительно гирокамеры и вредные моменты в подвесе сводятся к минимальным величинам, которые не оказывают заметного влияния на точность показаний ги­ рокомпаса.

Кроме того, высокочувствительная следящая система обеспечи­ вает весьма точную передачу соответствующих торсионных моментов на чувствительный элемент.

Следовательно, точность показаний одногироскопных компасов в первую очередь зависит от качества работы следящей системы, ко­ торая (в отличие от схем двухгироскопных компасов) в этом слу­ чае принципиально необходима. Без следящей системы одногироскопные компасы с торсионным и комбинированным подвесами работать не могут.

Применение индукционной следящей системы в схеме гирокомпа­ сов позволило устранить механическое взаимодействие между чувст­ вительным и следящим элементами, повысив тем самым их точность, а также позволило значительно уменьшить габариты и вес основного компаса, не уменьшая его надежности и долговечности.

Индукционная следящая система применяется только в одно­ гироскопных компасах с торсионным и комбинированным (жидкост­ но-торсионным) подвесами чувствительного элемента. В гирокомпа­ сах с одним жидкостным подвесом чувствительного элемента она не применяется.

М о с т о в а я с л е д я щ а я с и с т е м а применяется в двух­ гироскопных компасах типа «Курс». Она основана на принципе электрического моста сопротивлений (мост Уитстона).

Следящая система в двухгироскопных компасах типа «Курс», так же как и в одногироскопных, служит для дистанционной передачи пока­ заний, а также для уменьшения трения в подвесе гиросферы, так как при отработке следящей системы небольшой слой поддерживающей жидкости между гиросферой и следящей сферой благодаря молеку­ лярному сцеплению практически остается неподвижным. Кроме того, следящая система в таких гирокомпасах служит также для подвода электропитания к гиросфере.

На рис. 81 представлена принципиальная электрическая схема мостовой следящей системы гирокомпаса с жидкостным подвесом чувствительного элемента. В состав следящей системы (рис. 81, а) входят: гиросфера, следящая сфера, сигнальный трансформатор, усилитель, следящий двигатель и дистанционная передача, состоящая из датчика и азимут-мотора.

Мост сопротивления является датчиком сигнала рассогласования следящей системы. Эквивалентная схема моста дана на рис. 81, г.

127

Мост составлен двумя омическими и переходными сопротивлениями жидкости RJ и R2 между следящими электродами W1 и W2, следящей сферы и концами широкой части экваториального пояса гиросферы и постоянными индуктивными сопротивлениями Ri, являющимися

Рис. 81. Принципиальная электрическая схема мостовой следящей системы на сопротивлениях:

/ — гиросфера; 2 —следящая сфера; 3 — сигнальный трансформатор; 4 — усилитель; 5 — вспо­ могательная обмотка; 6 — следящий двигатель; 7 — главная обмотка; 8 — датчик; 9 — азимутмотор

половинами первичной обмотки сигнального трансформатора с вы­ веденной средней точкой. Схема моста в точках А и Б получает питание от второй и третьей фаз трехфазного переменного тока. Диагональ ВГ является вспомогательной обмоткой 5 следящего двигателя 6. Глав­ ная обмотка 7 этого двигателя питается от второй и третьей фаз трех­ фазного тока. Вторичная обмотка сигнального трансформатора не­ обходима только при работе следящей системы через усилитель.

128

Если следящая сфера находится в согласованном положении от­ носительно гиросферы, то переходные сопротивления R 1 и ^2 равны между собой (рис. 81, б), а следовательно, будут равны и токи, про­ текающие в плечах моста, т. е. последний будет находиться в элект­ рическом равновесии R I R L = R2R L-

В этом случае в диагонали моста между токами В я Г напряжение равно нулю и тока во вспомогательной обмотке следящего двигателя не будет.

При рассогласовании сфер, т. е. при повороте следящей сферы от­ носительно неподвижной гиросферы, или наоборот (с приходом гиро­ сферы в меридиан), переходные сопротивления RI и R2 не будут равны между собой (рис. 81, в), так как расстояние между одним из следя­ щих контактов и срезом широкого экваториального полупояса гиро­ сферы увеличится (или уменьшится), а между другим следящим кон­ тактом и противоположным срезом полупояса уменьшится (или уве­ личится). Равновесие моста нарушится, между точками В я Г появится разностная э. д. с., и через диагональ моста, т. е. вспомогательную обмотку следящего двигателя, потечет уравнительный ток.

Взаимодействие токов главной и вспомогательной обмоток следя­ щего двигателя создает вращающееся магнитное поле, которое увле­ кает за собой ротор последнего. Вращение следящего двигателя через механическую связь передается датчику дистанционной передачи, от которого работает азимут-мотор основного прибора.

Азимут-мотор начинает вращать следящую сферу в сторону умень­ шения угла рассогласования. Когда он возвратит следящую сферу в ис­ ходное (согласованное) положение, переходные сопротивления R 1 и R2 станут равны между собой, равновесие моста восстановится, ток во вспомогательной обмотке следящего двигателя исчезнет, и по­ следний остановится.

Таким образом, следящая система постоянно следит за чувствитель­ ным элементом, и показания картушек основного компаса, связанных со следящей сферой, практически всегда согласуются с показаниями гиросферы. Чувствительность следящей системы при работе без уси­ лителя составляет 0,5°.

Усилители применяют для увеличения чувствительности следя­ щей системы (иными словами, для увеличения точности показаний ги­ рокомпаса). Обычно в гирокомпасных схемах применяют различные типы усилителей. Вход любого усилителя подключен к вторичной об­ мотке сигнального трансформатора, а выход — к вспомогательной об­

случае, при согласованном положении гиросферы и следящей сферы, т. е. при равновесии схемы моста, через обе половины первичной об­

мотке трансформатора э. д. с. индуктироваться не будет. Нарушение равновесия моста вызывает появление в его диагонали ВГ уравни­ тельного тока. В этом случае по половинам первичной обмотки сигналь-

ного трансформатора потекут различные по величине и фазе токи 1Хи / 2, появится разность токов, которая во вторичной обмотке будет индуктировать разностную э. д. с. и этот сигнал рассогласования по­ дается на вход усилителя, а затем на вспомогательную обмотку сле­ дящего двигателя.

С л е д я щ и й э л е к т р о д в и г а т е л ь , применяемый в схе­ мах современных гирокомпасов, представляет собой асинхронный ре­ версируемый (управляемый) электродвигатель типа АДП с малоинер­ ционным полым немагнитным ротором. Двигатели этого типа предна­ значены для работы в высокоточ­

Ротор 6 двигателя представляет собой полый тонкий стакан из немагнитного материала, чаще всего из сплавов алюминия, который расположен в воздушном зазоре между пакетами внешнего и внутренне­ го статоров. Тонкостенная конструкция ротора обеспечивает его малую инерционность, что весьма важно при работе в чувствительной следящей системе. Дно ротора жестко укреплено на валу 4, который свободно вращается в подшипниках, вмонтированных в крышках 5 двигателя.

Обмотки 3 внешнего статора создают магнитные потоки, смещенные в пространстве одна относительно другой на 90°.

Главная обмотка питается постоянным по амплитуде напряжением переменного тока, а вспомогательная — напряжением, изменяющимся

по амплитуде.

В цепь вспомогательной обмотки включается обычно конденсатор,

ющих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени на 90°. Таким образом, благодаря взаимно перпендикулярному располо­ жению обмоток в пространстве, а также наличию в цепи вспомога­ тельной обмотки емкости, сдвигающей токи по фазе на 90°, в момент появления во вспомогательной обмотке напряжения, пропорциональ­

130

ного сигналу рассогласования, возникает вращающееся магнитное поле, которое, создавая обычный асинхронный момент, приводит во вращение ротор следящего двигателя и тем самым заставляет отрабатывать сле­ дящую систему. Направление вращения двигателя зависит от направ­ ления вращения магнитного поля статора, а направление вращения по­ ля, в свою очередь, зависит от стороны рассогласования следящего и чувствительного элементов.

Рис. 83. Изменение токов и магнитного поля в обмотках следящего электродви­ гателя:

/г — ток главной обмотки; /в — ток вспомогательной обмотки (при изменении курса вправо /вх и при изменении курса влево /вг)

Скорость вращения ротора такого двигателя регулируется изме­ нением амплитудного значения тока е о вспомогательной обмотке, а изменение направления вращения ротора (реверсирование) осу­ ществляется изменением фазы напряжения во вспомогательной обмот­ ке на 180°.

Для уяснения сущности этого явления обратимся к рис. 83, на котором показано изменение токов в главной и вспомогательной об­ мотках следящего двигателя во времени, а также направление магнит­ ных потоков, создаваемых этими обмотками при рассогласовании сле­ дящего элемента с чувствительным в одну и другую сторону.

При согласованном положении следящего и чувствительного эле­ ментов в главной обмотке двигателя будет все время протекать пере­ менный ток с постоянным амплитудным значением напряжения. Этот ток создает в статоре переменное, но не вращающееся магнитное поле, и, следовательно, ротор двигателя будет неподвижен. При воз­ никновении рассогласования (рассмотрим случай, когда рассогласо­ вание происходит вправо, т. е. судно изменяет курс вправо) в первый момент (1) мгновенное значение тока / г в главной обмотке имеет свое амплитудное положительное значение, а мгновенное значение тока во вспомогательной обмотке / в равно нулю. Следовательно, ротор будет находиться только под действием магнитного потока главной обмотки Фг, который направлен в данном случае вверх. В следующий момент 2 во вспомогательной обмотке согласно графику изменения то­ ков появится ток / в1, который будет создавать магнитное поле Фв. Взаимодействие магнитных потоков Фг и Фв создаст геометрически суммарный поток Ф, который будет повернут на угол 45° против ча­ совой стрелки относительно магнитного потока в начальный момент 1. В последующие моменты времени 3 , 4 , 5 и т. д. магнитное поле, созда­ ваемое токами обмоток, будет продолжать поворачиваться против часовой стрелки, т. е. появляется вращающееся магнитное поле, ко­ торое создает асинхронный момент, увлекающий ротор двигателя в сторону вращения поля.

Таким образом, двигатель начнет вращаться в таком направлении, чтобы возвратить либо непосредственно (гирокомпас «Амур»), либо через дистанционную передачу (гирокомпас «Курс») следящую систему в согласованнее с чувствительным элементом положение. Из рис. 83 также видно, что при изменении стороны рассогласования ток главной обмотки не меняет фазы, в то время как ток во вспомогательной обмот­ ке изменяется по фазе на 180°, что влечет за собой изменение направле­ ния вращения магнитного поля статора. При рассогласовании влево магнитное поле статора будет вращаться уже по часовой стрелке, а значит, и следящий двигатель изменит направление своего вращения. Следовательно, направление вращения следящего двигателя опреде­ ляется начальной фазой тока во вспомогательной обмотке, которая определяется стороной рассогласования следящего элемента относи­ тельно чувствительного элемента.

§ 33. МАГНИТНЫЕ И РЕЗОНАНСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Основной функцией усилителя в схеме следящей системы гиро­ компаса является усиление и преобразование сигнала рассогласо­ вания переменного тока, поступающего с датчика рассогласова­ ния в сигнал достаточной мощности для управления следящим дви­ гателем.

Обычно усилители имеют несколько каскадов усиления (2—3), в которых могут использоваться различные усилительные элементы —■ полупроводниковые, магнитные и др.

Особенностью полупроводниковых усилителей является их высо­ кая чувствительность и блочная конструкция. Они применяются в ос­

132